Transferring an earth based adaptive optics technology to space

The increasing sizes of optical elements in space born telescopes as long as the always higher shape precision requirements have increased the interest in Earth based adaptive optics technologies to be transferred to space field. Active optics for space born telescopes mainly consist of the application of deformable mirror technologies to actively compensate mirrors imperfections and lack of damping, while keeping limited system mass and relaxing surface quality requirements. In the present work a contactless voice-coil actuation technology is adapted and applied to an hypothetical space telescope secondary mirror. Due to the negligible structural damping encountered at cryogenic temperatures, the usual coils current drive has been substituted with voltage one, to provide damping augmentation by means of eddy currents. The control law applied to the surface positioning system is based on a partially centralized Hybrid feedforward term, supported with a decentralized suboptimal feedback. Implementable hardware solutions have been designed and their ability to meet scientific goals has been proved under relevant space environment, overcoming damping and precise positioning problems.

Negli ultimi anni le sempre maggiori dimensioni e i sempre più stringenti requisiti di precisione di forma richiesti agli elementi ottici montati su telescopi spaziali hanno fatto aumentare l’interesse verso le tecnologie dell’ottica adattiva, ampiamente utilizzata negli osservatori terrestri, per essere trasferite all’ambito spaziale. L’utilizzo di ottiche "attive" su telescopi orbitanti consiste principalmente nell’utilizzo di specchi a deformazione controllabile per compensare attivamente imperfezioni di forma e sopperire alla quasi assenza di smorzamento strutturale, allo stesso tempo limitando la massa degli specchi stessi e rilassandone i requisiti di finitura superficiale. Nel qui presente lavoro, una tecnologia basata su attuatori elettromagnetici contactless è stata adattata ed applicata ad un ipotetico specchio secondario per telescopio spaziale. A causa della quasi totale assenza di smorzamento strutturale riscontrabile a temperature criogeniche, il consueto controllo in corrente delle bobine degli attuatori è stato sostituito da quello in tensione per sfruttare la dissipazione generata dalle correnti parassite indotte attraverso il moto dello specchio. La legge di controllo utilizzata nel sistema di posizionamento è costituita dal un termine "Ibrido" in anello aperto, parzialmente centralizzato, affiancato da una retroazione sub-ottimale diretta delle misure, totalmente decentralizzata. Sono infine riportati progetti e simulazioni di tre possibili implementazioni elettroniche del sistema di controllo con prestazioni tali da soddisfare i requisiti scientifici posti, sotto condizioni a contorno rappresentative dell’ambiente spaziale, in grado di raggiungere un buon livello di smorzamento indotto ed ottenere un preciso posizionamento della superficie riflettente.